六方氮化硼薄膜的化学气相沉积工艺研究

摘要

六方氮化硼是重要的宽禁带半导体材料,禁带宽度超过6eV，具有优异的物理化学性质，如优异的热导性，高电阻率，高的微波与红外的透过性和化学稳定性等。近年来，越来越受到关注。本文主要研究六方氮化硼薄膜的微波等离子体六方氮化硼薄膜化学气相沉积（MPCVD）工艺,以期实现对六方氮化硼薄膜生长结构的控制。
　　利用传统的微波增强等离子体化学气相沉积方法在硅片上制备了六方氮化硼薄膜，反应气源采用He-N2-BF3-H2的组合气体。系统地研究了各种参数如微波功率，工作气压，沉积时间，衬底种类等对氮化硼薄膜生长行为的影响。用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)对薄膜结构进行了表征，用扫描电子显微镜(SEM)分析了薄膜的形貌特征，用高分辨透射显微镜(HRTEM)分析了薄膜的晶体结构。本研究得到如下主要结果：
　　1)衬底材料预处理阶段的表面打磨有利于提高薄膜与衬底的结合力。
　　2)在薄膜的生长过程中，随时间变化，薄膜的结晶性变差。
　　3)H2流量增大时，薄膜的结晶性提高。
　　4)功率的提高，会提高hBN薄膜的结晶性，减小薄膜中的晶格缺陷。其原因主要是功率的提高将导致生长温度的提高。
　　5)高分辨率TEM图像分析表明：hBN薄膜是由尺寸在几个纳米的微结晶区组成，六方原子层多呈现为典型的湍层结构。
　　6)薄膜的生长速度能达到0.77μm/h。
　　7)薄膜形貌结构随沉积工艺参数的变化有所不同，本研究中获得了一种新型的形貌结构，这种结构是由六方氮化硼的纳米片层组成的，片层的厚度为20-30nm,长度分布不均，都在80-1000nm范围内。

目录

六方氮化硼薄膜的化学气相沉积工艺研究

MICROWAVE PLASMA CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF HEXGONAL BORON NITRIDE FILMS

第1章 绪论

1.1 氮化硼的结构、性质及应用

1.2 氮化硼薄膜的制备方法

1.3 氮化硼薄膜制备中存在的问题

1.4 本课题的研究目的和意义

1.5 本课题的研究内容

第2章 微波等离子体化学气相沉积系统

2.1 等离子体概念及其性质

2.2 微波等离子体产生原理与机制

2.3 微波等离子体特点及其应用

2.4 微波等离子体化学气相沉积系统

第3章 六方氮化硼薄膜的化学气相沉积

3.1 实验方法

3.2 氮化硼薄膜的表征方法

3.3 实验规程

第4章 实验结果与分析

4.1 不同衬底材料对氮化硼薄膜沉积的影响

4.2 衬底材料预处理对氮化硼薄膜沉积的影响

4.3 微波功率对氮化硼薄膜沉积的影响

4.4 生长时间对氮化硼薄膜沉积的影响

4.5 气源成分对氮化硼薄膜沉积的影响

4.6 本章小结

第5章 形貌与结构讨论

5.1 薄膜的形貌结构特征

5.2 断面的结构与薄膜的生长速率

5.3 原子分辨的显微结构特征

5.4 本章小结

结论

参考文献

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